基于ANSYS的叉車門架滾輪修形參數(shù)優(yōu)化

郭磊+曹炳鑫

摘 要：門架作為叉車工作中的主要零部件，在叉車運輸過程中運動極度頻繁，其受力分布影響叉車的整體性能。作為主要運動受力部件滾輪與槽鋼，其接觸應(yīng)力很大程度上影響門架性能。在實際應(yīng)用中滾輪通常采用圓心在兩端的圓弧修行方式改善接觸應(yīng)力。文章以諾力高門架叉車實際受力情況為例對叉車滾輪與槽鋼的受力進(jìn)行深刻的研究；采用對數(shù)函數(shù)曲線對滾輪母線進(jìn)行修形，改善叉車滾輪與門架槽鋼接觸應(yīng)力梯度與最大接觸應(yīng)力，提高了叉車整體穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：叉車門架；接觸應(yīng)力；滾輪修形

1 概述

門架在工作過程中，滾輪與槽鋼不停的做接觸滾動.且由于工況相對較為惡劣，叉車門架在實際使用中會出現(xiàn)門架槽鋼斷裂工況，門架槽鋼的斷裂不僅會影響叉車工作效率且嚴(yán)重時可能威脅施工人員的生命安全。故對叉車門架槽鋼斷裂的深層次原因需要進(jìn)一步研究。叉車門架槽鋼與滾輪的接觸應(yīng)力作為影響叉車門架槽鋼壽命的因素之一，其接觸應(yīng)力的梯度分布與應(yīng)力幅值影響槽鋼疲勞壽命，故研究降低滾輪與槽鋼的接觸應(yīng)力與應(yīng)力梯度分布成為提高叉車門架穩(wěn)定性的研究重點。

門架滾輪與槽鋼的接觸屬于典型的接觸問題，接觸模型中的“邊緣效應(yīng)”影響滾輪與槽鋼之間的載荷的分布，從而影響叉車門架穩(wěn)定性。故在叉車滾輪設(shè)計中引入凸度設(shè)計，能較好的解決滾輪與槽鋼接觸的“邊緣效應(yīng)”，降低接觸應(yīng)力提高門架穩(wěn)定性。

2 滾動體母線修形原理與修形方式

滾子修形解決邊緣效應(yīng)的原理是將滾子與滾道接觸產(chǎn)生的變形量與修形量相等，保證滾子變形后整個接觸面變形均勻，不存由于變形不均而產(chǎn)生的應(yīng)力梯度。

2.1 圓心在母線兩端的圓弧修形

其中b為滾動體與滾道修形后接觸區(qū)域的寬度。

3基于ANSYS的叉車門架接觸應(yīng)力分析

現(xiàn)階段，企業(yè)在生產(chǎn)叉車門架滾輪時都采用兩端圓弧修形，此方法加工成本相對較低，且能解決接觸中的“邊緣效應(yīng)”。

在額定外載荷F=26503.4N作用下，滾輪與槽鋼接觸變形。在做有限元分析時去滾輪與槽鋼接觸模型的四分之一進(jìn)行建模此模型能很好的節(jié)約計算時間與資源。

3.1 基于ANSYS兩端圓弧修行滾輪槽鋼接觸應(yīng)力分析

從分析結(jié)果我們可以看出：采用兩端圓弧修形方式，滾輪與門架接觸過程中存在的“邊緣效應(yīng)”消失，接觸應(yīng)力成梯度分布在母線上。修行后最大接觸應(yīng)力，最大接觸應(yīng)力為：72.8Mpa； 最大接觸變形為0.00286mm。

3.2 兩邊對數(shù)函數(shù)滾輪母線修形

在長期軸承滾子修形的工程實踐與研究中，發(fā)現(xiàn)采用對數(shù)函數(shù)修形相較于其他修形方式能在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低接觸應(yīng)力與緩和應(yīng)力梯度。故在滾子兩端采用對數(shù)修形也常被用于工程實踐中。

3.2.1 對數(shù)函數(shù)修形量的確定

從仿真分析結(jié)果可以得出結(jié)論：相對于采用兩端圓弧修形方式，采用兩端對數(shù)函數(shù)修形的情況下，最大接觸應(yīng)力下降為：64.9Mpa；最大接觸變形下降為0.00267mm，且應(yīng)力梯度得到一定程度緩和。

4 結(jié)束語

本文介紹了工程中常用的兩種滾輪修形方法，本文通過對比兩端圓弧修形與兩端對數(shù)函數(shù)曲線修形后對叉車滾輪接觸應(yīng)力與應(yīng)變的分布影響；發(fā)現(xiàn)對數(shù)函數(shù)修形較于圓弧修形能更加降低接觸應(yīng)力的梯度與最大接觸應(yīng)力，對實際滾輪滾道的工程加工有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]華同曙，丁璐璐，陳曉陽.修形滾子的設(shè)計計算及其在工程中的應(yīng)用[J].潤滑與密封，2009（07）：50-53.

[2]波波夫.接觸力學(xué)與摩擦學(xué)的原理及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011：284.

[3]魏延剛.圓柱滾子軸承滾動體修形技術(shù)的研究[J].潤滑與密封，2003（03）：16-18.

[4]王愛林，王慶九，汪久根.對數(shù)修形圓錐滾子的接觸分析[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2012（05）：836-841.

作者簡介：郭磊（1989-），男，江西省南昌市人。